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Sintenia e colinearità I genomi degli eucarioti differiscono nel grado in cui i geni rimangono sullo stesso cromosoma sintenia nel grado in cui l’ordine dei geni viene mantenuto sul cromosoma colinearità Nel genoma delle angiosperme c’è grande differenza nelle dimensioni e arrangiamento genico (anche tra specie vicine) Duplicazioni di interi genomi Perdita di intere regioni cromosomiche Dimensione dei genomi variabile di 1000 volte N. di cromosomi variabile di 50 volte Le prime comparazioni tra le sequenze genomiche di riso e Arabidopsis indicano un’ importante caratteristica: SINTENIA Concetto di sintenia I genomi di organismi correlati sono simili Due organismi con un antenato in comune relativamente recente hanno genomi che presentano differenze specie-specifiche, basate sullo schema comune del genoma ancestrale Quanto più due organismi sono vicini nella scala evolutiva, tanto più correlati sono i loro genomi sintenia la parziale o completa conservazione dei geni sul cromosoma è possibile utilizzare le informazioni di mappa di un genoma per localizzare geni nel secondo genoma Nelle piante la sintenia è di enorme importanza può risultare utile per gli studi di genomica comparata e operazioni di mappatura Il frumento ha un genoma molto grande (17.000 Mb) più di cinque volte quello umano Una pianta modello con un genoma più piccolo ma sintenico sarebbe utile… Il genoma di riso è di 400 Mb e la genomica comparativa tra i due ha rivelato molte similarità mappando inizialmente la posizione del gene equivalente su un genoma più piccolo di riso e per sintenia posizionarli su un genoma più grande La sintenia nelle piante I geni mantengono lo stesso ordine e spesso anche l’orientamento 1. Sintenia importante in genomica comparativa, rivela l’evoluzione dei genomi di specie correlate Condividere la sintenia di un frammento genomico, 2. significa avere un ancestrale comune 3. Geni sintenici sono ortologhi localizz in un frammento sintenico. Funzione? Studi di sintenia importanti per le funzioni geniche e 4. per l’evoluzione del genoma Mappe lineari Colinearità con diversi segmenti cromosomici Confronto tra diploide e tetraploide traslocazioni e inversioni mancano B e N Pattern di microsintenia Un’analisi comparativa delle regioni genomiche ortologhe derivate da diverse specie (I-III) un’elevata conservazione di sequenze geniche le sequenze intergeniche non mostrano omologie significative La microsintenia ha messo in evidenza delezioni e duplicazioni di sequenze geniche Il gene E è deleto nella specie III, mentre la specie I porta due copie del gene C La comparazione dell’arrangiamento di geni in specie con diverse dimensioni del genoma (II e III), mostra che alcune delle differenze in termini di dimensioni del genoma possono essere attribuite alle diverse dimensione delle regioni intergeniche Sintenia con altre brassicaceae Sequenze codificanti di ortologhi sono conservate 85 % I genomi delle graminacee Enormi differenze in termini di dimensioni del genoma dei cereali! sono rinvenibili estese regioni di sintenia la colinearità tra i genomi è stata mantenuta per più di 60 MILIONI DI ANNI!!!! Macrocolinearità tra cromosomi di mais e riso Sono state usate 2629 ESTs di mais. Il 75% presentava sequenze ortologhe di riso anche in regioni con elevata colinearità, attraverso processi di mappatura ad elevata risoluzione, si sono sono visti dei riarrangiamenti quando un cromosoma di una specie è colineare con più di un cromosoma di un’altra specie, è indice di avvenute traslocazioni Piccoli segmenti del genoma di riso confronto Arabidopsis cereali Riso: genoma relativamente stabile DNA tra i geni dei cereali è molto variabile ed evolve rapidamente Geni duplicati in tandem, inversioni, traslocazioni sono molto comuni complica il lavoro ma non impedisce di usare come modello il genoma di riso per i cereali Colinearità tra riso e mais Confronto di sequenze ortologhe in riso, sorgo e mais Inserzioni non presenti in riso Confronto di sequenze ortologhe in riso, sorgo e mais: l’esempio di waxy. Bennetzen and Ma, 2003 Variabilità nel numero di introni nel gene waxy nelle 4 specie Le linee tratteggiate collegano due esoni in riso e mais che risultano fusi (perdita di introni) in orzo e frumento I geni HGA di riso e orzo famiglia genica coinvolta nella resist. a patogeni Solo OSHGA3 non ha ortologhi in orzo retrotrasposone Organizzazione della famiglia genica HGA in riso e orzo La microcolinearità è interrotta da riarrangiamenti tra HGA4 e HGA5 e HGA4 e HGA2 due geni di orzo sono ortologhi a OSHGA1, ciò indica: 1. possibile duplicazione ancestrale del genoma di orzo 2. delezione di un paralogo in riso dopo la divergenza evolutiva tra riso e orzo Utilizzo di sequenze conservate (LRR) in dicot per identificare regioni genomiche e geni R in monocotiledoni Rapida evoluzione all’interno di ogni specie (riso, orzo, miglio) Riarrangiamento dei loci di regioni LRR che implica un diverso meccanismo di evoluzione genica rispetto al resto del genoma delle monocotiledoni
